Khuếch đại vi sai (tiếng Anh: differential amplifier) là bộ khuếch đại điện tử thực hiện khuếch đại tín hiệu điện theo sự khác biệt giữa hai điện áp ngõ vào, và ngăn chặn bất kỳ điện áp chung nào tồn tại ở cả hai ngõ đó. Nó có sự kết hợp của hai phần tử gồm khuếch đại không đảo (hoặc thuận) với tín hiệu ngõ vào V in + {\displaystyle \scriptstyle V_{\text{in}}^{+}} và khuếch đại đảo với tín hiệu ngõ vào V in − {\displaystyle \scriptstyle V_{\text{in}}^{-}} , và cho ra tín hiệu ngõ ra là V out {\displaystyle \scriptstyle V_{\text{out}}} chỉ phụ thuộc vào độ chênh của hai tín hiệu ngõ vào nói trên [1][2].trong đó A {\displaystyle \scriptstyle A} là độ khuếch đại của bộ khuếch.Trong thực tế hầu hết các khuếch đại thuật toán được chế tạo ở dạng khuếch đại vi sai. Khi đó chúng được biểu diễn chung bởi ký hiệu điện tử như hình vẽ [1]. Sự phổ biến của IC khuếch đại thuật toán kiểu vi sai dẫn đến trong ứng dụng thực tế người ta dùng IC này để lập ra mạch khuếch đại một ngõ vào bằng cách nối đất ngõ vào không dùng đến: nối đất ngõ vào "-" cho ra khuếch đại thuận, và nối đất ngõ vào "+" cho ra khuếch đại đảo.